Kako deluje-hladilni stolp z zaprtim krogotokom?

Notranje zaprto kroženje medija: Prenos jedrnega nosilca toplote

Glavna značilnost zaprtega hladilnega stolpa je, da hladilni medij (običajno mehka voda, raztopina etilenglikola ali posebna tekočina za prenos toplote) kroži v zaprti zanki tuljave brez neposrednega stika z zunanjim zrakom ali razpršeno vodo-, kar je bistvo "zaprtosti".

Med delovanjem se vroč medij, ki ga je treba ohladiti (npr. medij z visoko-temperaturo iz hladilnikov ali industrijskih reaktorjev), obtočna črpalka dovaja v tuljave za izmenjavo toplote zaprtega hladilnega stolpa. Medij neprekinjeno teče znotraj tuljav in prenaša toploto, ki jo prenaša, na stene tuljav.

Tuljave so običajno izdelane iz nerjavečega jekla, titanove zlitine ali bakrove zlitine, ki imajo odlično toplotno prevodnost in odpornost proti koroziji, kar omogoča hitro prevajanje toplote od medija do sten tuljave. Po prenosu toplote se medij z nizko-temperaturo vrne v ohlajeno opremo skozi izhod tuljave, da še naprej absorbira toploto in tvori neprekinjeno zaprto kroženje.

Ključ do te povezave je ohranjanje tesnosti zanke, da se prepreči puščanje medija ali infiltracija zraka, kar bi lahko povzročilo poslabšanje medija in korozijo cevovoda. Zato je sistem običajno opremljen z ekspanzijsko posodo (za izravnavo nihanj tlaka), dopolnilno-črpalko (za nadomestitev srednje izgube) in natančnim filtrom (za odstranjevanje nečistoč).

Izmenjava toplote z zunanjim pršenjem in izhlapevanjem: Prenos toplote v atmosfero

Zunanjost zaprtega hladilnega stolpa ima odprto strukturo, ki odvaja toploto iz tuljav z izhlapevanjem razpršene vode in konvekcijo zraka-to je osrednja povezava za odvajanje toplote, razdeljena na dva koraka: »kroženje razpršene vode« in »izhlapevanje + konvekcijska izmenjava toplote«.

Kroženje pršilne vode

Na dnu stolpa je nameščen jašek. Razpršilna črpalka tlači hladilno vodo v koritu in jo enakomerno razprši na zunanjo površino tuljav za izmenjavo toplote skozi zgornjo razpršilno napravo, pri čemer tvori enakomeren vodni film. Pršilna voda se popolnoma dotakne zunanjih sten tuljav, absorbira toploto, ki jo prenašajo stene, in nato po dvigu temperature pade nazaj v zbiralnik, s čimer se zaključi notranje kroženje pršilne vode. Jašek je običajno opremljen z dozirno napravo za stabilizator kakovosti vode, ki preprečuje nastajanje vodnega kamna in rast mikrobov v škropilni vodi, kar bi sicer lahko vplivalo na učinkovitost izmenjave toplote.

Izhlapevanje + konvekcijska izmenjava toplote

Ventilator z aksialnim tokom je nameščen na dnu ali ob strani zaprtega hladilnega stolpa. Ko ventilator deluje, črpa zrak s temperaturo okolice izven stolpa, zrak pa gre navzgor skozi režo med tuljavami in vodnim filmom. V tem času pride do dveh vrst izmenjave toplote:smiselna izmenjava toplote-zrak je v neposrednem stiku z-visokotemperaturnim vodnim filmom in prenaša toploto skozi temperaturno razliko; drugič,latentna izmenjava toplote-del razpršene vode izhlapi pod zračnim tokom, pri čemer absorbira veliko količino latentne toplote uparjanja (ki predstavlja 70 %–80 % celotnega odvajanja toplote), kar hitro zniža temperaturo zunanjih sten tuljave.

Ogrevan in navlažen zrak se odvaja z vrha stolpa in odvzame večino toplote, medtem ko neuparjena pršilna voda pade nazaj v zbiralnik za recikliranje. Majhna količina izgube zaradi izhlapevanja se kompenzira z dodajanjem sveže vode.

Regulacija količine zraka in pomožni sistemi: Optimizacija operativne učinkovitosti

Za prilagajanje različnim obremenitvam in okoljskim pogojem so zaprti hladilni stolpi opremljeni z regulacijo količine zraka in pomožnimi sistemi za zagotavljanje stabilnosti delovanja in energetske učinkovitosti:

Nadzor ventilatorja s spremenljivo frekvenco: Samodejno prilagodi hitrost ventilatorja (ali število delujočih ventilatorjev) glede na temperaturo medija na izhodu iz tuljav za izmenjavo toplote. Ko je hladilna obremenitev nizka, se hitrost ventilatorja zmanjša zaradi varčevanja z energijo; ko je temperatura okolja previsoka (npr. poleti), se hitrost poveča, da se poveča količina zraka in zagotovi učinek odvajanja toplote.

Naprave-za zaščito pred zmrzovanjem: V hladnih regijah ali med-delovanjem z nizko obremenitvijo pozimi lahko medij v tuljavah zmrzne zaradi nizke temperature. Sistem je opremljen z električnim sledenjem, parnim sledenjem ali cirkulacijsko obvodno napravo za vzdrževanje temperature medija nad lediščem; medtem lahko razpršilni sistem preklopi na "suho delovanje" (ustavi razprševanje, zanaša se samo na zračno konvekcijo za izmenjavo toplote), da prepreči poškodbe stolpa zaradi zamrznjene razpršilne vode.

Zasnova razpršilnika: Na vrhu stolpa je nameščen razpršilec, ki lahko zajame drobne vodne kapljice v razpršeni vodi (s stopnjo zajetja več kot 99 %). To ne le zmanjša odpadne vode, ampak tudi prepreči, da bi vodne kapljice odšle z zrakom, kar bi lahko povzročilo vlago ali korozijo v okolici.

Povzetek celotnega delovnega procesa

Delovanje hladilnega stolpa z zaprtim{0}}krogom lahko povzamemo kot: vroč medij vstopi v tuljave → toplotna prevodnost skozi stene tuljave → razpršena voda absorbira toploto → zrak izhlapi in odnese toploto → ohlajeni medij se vrne.

Vroči medij teče v zaprtih tuljavah, toplota pa se prenaša skozi stene tuljave na zunanji film razpršene vode; zrak, ki ga dovaja ventilator, pride v stik z vodnim filmom, pri čemer odvaja toploto iz stolpa z izhlapevanjem in konvekcijo; ohlajeni medij se vrne v opremo za recikliranje, medtem ko razpršena voda večkrat kroži znotraj stolpa z le majhno količino dopolnjene izgube zaradi izhlapevanja.

Ta zasnova ohranja prednost visoko-učinkovitega odvajanja toplote pri izhlapevanju odprtih hladilnih stolpov, hkrati pa se izogiba onesnaženju in težavam z vodnim kamnom, ki jih povzroči neposreden stik med hladilnim medijem in zunanjim svetom, s čimer se doseže dvojni cilj »visoko-učinkovito odvajanje toplote + srednja zaščita«.